王建楹，劉靜濤，胡揚(yáng)超

0 引言

ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑是國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在應(yīng)用量較大的干粉滅火劑產(chǎn)品，它滅火效能高、滅火范圍寬，能以噴射云式撲滅木材、紡織品、紙張等可燃固體物質(zhì)火災(zāi)以及液體、氣體、電器等A、B、C三類火災(zāi)[1]。

目前，國(guó)內(nèi)干粉滅火劑生產(chǎn)均為間歇式中小批量生產(chǎn)，批投料量≥1噸的生產(chǎn)線僅有幾條，且自動(dòng)化程度低，檢測(cè)項(xiàng)目與生產(chǎn)同步性差，難以滿足批生產(chǎn)需要；尤其是現(xiàn)有生產(chǎn)線設(shè)備均未考慮生產(chǎn)的密閉性，而干粉滅火劑生產(chǎn)的全部過(guò)程都是粉體在運(yùn)動(dòng)，粉體粒徑小到幾微米，極易隨設(shè)備中流動(dòng)的空氣以粉塵方式外逸，造成生產(chǎn)車間嚴(yán)重的粉塵污染。

因此干粉滅火劑工業(yè)化大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)線建設(shè)亟待解決。滿足自動(dòng)化生產(chǎn)要求首先是要按程序控制，各工序間自動(dòng)有序銜接，即使是包括物理混合和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜的混配過(guò)程，也要依據(jù)輸出的信息自動(dòng)有序進(jìn)行，混配過(guò)程中所需熱量自動(dòng)調(diào)節(jié)，混配結(jié)束時(shí)發(fā)出信號(hào)，巡檢人員采樣檢測(cè)，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果，物料或進(jìn)入下道工序，或繼續(xù)混配，直到符合要求再進(jìn)入下道工序；其次是采用自動(dòng)化封閉式生產(chǎn)以避免人工的操作誤差，同時(shí)滿足環(huán)保要求，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

1 生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)

ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑是由滅火基料（如碳酸銨、磷酸銨鹽等）和適量潤(rùn)滑劑（硬脂酸鎂、云母粉、滑石粉等）、少量防潮劑（硅膠）混合后共同研磨制成的細(xì)小顆粒。產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程大致可分為四步：第一步是將磷酸銨鹽等原料粉碎；第二步是將粉碎的原料與硅油等混合，使硅油均勻地覆蓋在固體粒子表面，并加熱聚合固化；第三步是篩分出不符合要求的顆粒；第四步是成品分裝。生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)首先是工藝流程的設(shè)計(jì)，研制的自動(dòng)化生產(chǎn)線巧妙地將四個(gè)工藝操作單元組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。在混合機(jī)混合物料的同時(shí)，粉碎機(jī)也在進(jìn)行物料粉碎，粉碎的物料暫貯入原料貯料斗中，達(dá)到一個(gè)批量生產(chǎn)用量后，停止粉碎;待混合機(jī)混合完畢，且放入半成品貯料斗后，原料貯料斗中原料放入混合機(jī)，再次開始混合物料;同時(shí)粉碎機(jī)重新開始粉碎物料。粉碎機(jī)的粉碎能力要大于混合機(jī)混合能力。因?yàn)橛邪氤善焚A料斗，使得混合和篩分可同時(shí)進(jìn)行。批混合物料總量的容積決定半成品貯料斗容積，半成品貯料斗容積要大于批混合物料總量的容積，篩分機(jī)允許連續(xù)工作，不受混合機(jī)放料的影響。分裝和篩分同步進(jìn)行，中間不必加緩沖料斗。粉碎、混合、篩分和分裝同時(shí)進(jìn)行。

一個(gè)批量的生產(chǎn)周期，是物料混合時(shí)間、原料進(jìn)入混合機(jī)時(shí)間、混合機(jī)排料時(shí)間三者之和。

2 自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)

2.1 總體方案

依據(jù)工藝流程設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)圍繞混合烘干的核心工藝環(huán)節(jié)及設(shè)備，合理設(shè)計(jì)配置粉碎系統(tǒng)、供料系統(tǒng)、排熱系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、包裝系統(tǒng)、集中除塵系統(tǒng)、控制及監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備，研制開發(fā)核心的高效粉體混合烘干系統(tǒng)，改進(jìn)輔料自動(dòng)添加系統(tǒng)，并選型或設(shè)計(jì)相關(guān)配套設(shè)備，通過(guò)微機(jī)控制系統(tǒng)使各設(shè)備子系統(tǒng)間有機(jī)聯(lián)系形成自動(dòng)化生產(chǎn)線，最終達(dá)到按批次自動(dòng)循環(huán)完成物料的粉碎、混合硅化烘干、篩分、包裝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。

2.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.3 工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)

ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng)采用塔式結(jié)構(gòu)、設(shè)備上下布局方式，主要由粉碎機(jī)、提升機(jī)、原料輔料存貯斗、混合機(jī)、篩分機(jī)、包裝機(jī)、集中除塵系統(tǒng)等七部分組成。

2.3.1 原料碎化與提升

原料經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后進(jìn)入提升機(jī)，將物料提升送至最高層原料貯料斗中。

2.3.2 下料、混合與加熱

此環(huán)節(jié)是生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。設(shè)備最高層是主、輔原料貯料斗，粉碎后符合粒度要求的半成品粉子及輔料按照工藝配比經(jīng)斗式輸送機(jī)送至振動(dòng)料斗，振動(dòng)下落至混合烘干機(jī)，混合烘干機(jī)主軸犁刀以適當(dāng)?shù)牡娃D(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)攪拌，側(cè)邊飛刀由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)做高速旋轉(zhuǎn)攪拌。筒內(nèi)物料受犁刀作用而拋起，一部分沿筒壁做周向湍動(dòng)，另一部分被拋向筒體中心或沿犁刀兩側(cè)面的法線方向飛散進(jìn)行浮游式擴(kuò)散混合。物料流經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的飛刀時(shí)被高速剪碎和強(qiáng)烈擴(kuò)散，進(jìn)行剪斷擴(kuò)散混合。物料在犁刀和飛刀復(fù)合作用下，不斷更疊擴(kuò)散，在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到均勻混合。配套的循環(huán)加熱系統(tǒng)自動(dòng)控制加熱溫度，硅油自動(dòng)噴加系統(tǒng)將硅油霧化添加給干料。由于物料在混合機(jī)內(nèi)做高速湍流運(yùn)動(dòng)，使得每一粒子都能與霧滴充分接觸，高速旋轉(zhuǎn)的飛刀還有切散團(tuán)塊的作用，物料混合均勻度高。當(dāng)添加的液體含量超過(guò)物料的?；c(diǎn)時(shí)許多微粒將相互結(jié)合成球形顆粒。

2.3.3 篩分與包裝

控制調(diào)節(jié)閥開度，使合格顆粒以合適速率進(jìn)入緩沖排料倉(cāng)降溫，經(jīng)篩分后由自動(dòng)包裝機(jī)控制下料稱量包裝，成品經(jīng)輸送帶運(yùn)至成品庫(kù)，可以由碼垛機(jī)自動(dòng)堆垛；不合格的顆?；蛄显匦路祷胤鬯闄C(jī)中，重新粉碎利用。

另外，在生產(chǎn)線中設(shè)計(jì)了集中除塵系統(tǒng)，在粉碎、提升、下料、混合、篩分、包裝等環(huán)節(jié)收集含塵空氣，除塵過(guò)濾后經(jīng)除塵機(jī)出風(fēng)口排出，保持生產(chǎn)環(huán)境符合環(huán)保和人身安全要求。

2.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用PLC+PC的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種模式將工藝流程的自動(dòng)控制過(guò)程與操作管理人員對(duì)自動(dòng)控制過(guò)程的管理相對(duì)分離。工藝流程的自動(dòng)控制過(guò)程由PLC和電氣柜獨(dú)立地自動(dòng)完成，而操作人員對(duì)自動(dòng)控制過(guò)程的管理通過(guò)控制室的PC來(lái)完成。PLC與PC的相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行，一方面可將故障限制在局部范圍內(nèi)，極大地提高了自動(dòng)控制系統(tǒng)總體的安全性和可靠性，另一方面又相互進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)的交換，操作人員可通過(guò)控制室實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的管理和調(diào)整[2]。

2.4.1 上位機(jī)系統(tǒng)

考慮到系統(tǒng)軟件的靈活性和可拓展性，上位機(jī)端（PC端）軟件采用C#.NET開發(fā)，與工業(yè)中常用的組態(tài)軟件相比，自主開發(fā)軟件具有響應(yīng)速度快、編程靈活、可自定義開發(fā)等優(yōu)勢(shì)。上位機(jī)軟件采用MC協(xié)議，通過(guò)PC端以太網(wǎng)接口與PLC模塊通訊。系統(tǒng)主界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主界面

圖3 原輔料粉體混合烘干控制流程圖

軟件系統(tǒng)分為主界面、查詢統(tǒng)計(jì)、管理界面、聯(lián)動(dòng)控制界面等四部分組成。主界面主要包括生產(chǎn)線全貌圖、實(shí)時(shí)參數(shù)圖表、數(shù)據(jù)圖表以及故障報(bào)警記錄等等；查詢統(tǒng)計(jì)部分主要包括上述的實(shí)時(shí)參數(shù)、歷史數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)參數(shù)和故障報(bào)警數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計(jì)；管理部分主要包括人員管理、設(shè)備管理、備輔料管理和維修管理以及系統(tǒng)操作指導(dǎo)等；聯(lián)動(dòng)控制部分主要包括霧化器油噴射量控制和其他設(shè)備的邏輯控制部分。

2.4.2 下位機(jī)控制

下位機(jī)的控制主要由PLC模塊完成生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，具有自動(dòng)、手動(dòng)兩種模式，負(fù)責(zé)生產(chǎn)過(guò)程的邏輯處理、速度控制、報(bào)警停機(jī)等多種響應(yīng)，采用Q02HCPU高速模組，基本處理速度達(dá)到0.034μs，內(nèi)部支持100M以太網(wǎng)[3]，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接PLC，進(jìn)行程序監(jiān)控、讀寫等。PLC輸出信號(hào)加入繼電器隔離，可兼容不同電壓，防止干擾信號(hào)進(jìn)入到PLC中，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)，除必要的防護(hù)網(wǎng)措施外，將急停按鈕串入在電源中，發(fā)生意外時(shí)可即時(shí)停機(jī)。

系統(tǒng)中的原輔料粉體混合烘干、加熱棒循環(huán)加熱、液體自動(dòng)霧化等重要環(huán)節(jié)的控制流程圖如圖3所示。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)ABC磷酸銨鹽干粉滅火劑工藝過(guò)程的分析，生產(chǎn)工藝的規(guī)劃，進(jìn)行了批投料量3噸的自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)線總體布局、高效粉體混合烘干系統(tǒng)、循環(huán)加熱器、自動(dòng)液體霧化器及微機(jī)控制系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，已應(yīng)用于實(shí)際工程項(xiàng)目中，經(jīng)多年生產(chǎn)運(yùn)行，達(dá)到了提高產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量、減少環(huán)境污染，提高生產(chǎn)效率的目的，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。